Носовая оконечность корпуса арктического ледокола

Носовая оконечность корпуса арктического ледокола

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к морским транспортным средствам, предназначенным для эксплуатации в толстых ледовых полях Арктики.

Северным морским путем (СМП) в России доставляются грузы в разные районы Севера. В весенний и осенний периоды завоз осуществляется транспортными судами в канале за атомным ледоколом (а/л). Однако фактическое время их проводки (доставки грузов) определяет собственная ледопроходимость а/л во льдах, которая достаточно непредсказуема. В толстых ледовых полях Арктики (сложных ледовых условиях) а/л вынужден проводить разнообразные маневры (Морской флот, 2007, №5, с.24-28), указывающие на его недостаточную собственную ледопроходимость. В зимний период существующие а/л на СМП не эксплуатируются по причине толстых ледовых полей (2,5-3,5 м и более), которые им не преодолеть.

Известно, что повышение собственной ледопроходимости а/л идет по пути подбора «оптимальной формы» обводов носовой части корпуса:

- в 1864 г. форштевень парохода «Пайлот» получил угол наклона форштевня 20 градусов. Носовая оконечность а/л типа «Арктика» имеет такой же наклон форштевня. Уменьшение угла наклона форштевня менее 20 градусов приводит к увеличению площади контакта корпуса со льдом, увеличению сил трения и неэффективности работы ледокола;

- в 1871 г. ледокол "Айсбрекер-1" получил "ложкообразное" очертание с криволинейным форштевнем. «Ложкообразная» форма форштевня не имеет выраженной носовой угловой оконечности и сглажена в горизонтальной плоскости. «Ложкообразная» форма форштевня применена на а/л «50 лет Победы» [Морской флот, №2, 2007, стр.82].

Известная форма носовой оконечности корпуса а/л типа «Арктика» позволяет уверенно (на непрерывном ходу) взламывать арктический лед толщиной до 2,0 м. В ледовых полях Арктики большой толщины (2,5 м и более) применение в конструкции носовой оконечности форштевня известной геометрии не позволяют атомному ледоколу осуществлять непрерывное движение, что объясняется недостатком существующей конструкции форштевня а/л. При движении в арктических льдах форштевень а/л вступает в контакт с ледяным покровом, создавая в нем первые трещины. Далее, при продвижении вперед, корпус наваливается на ледовое поле площадью носовых обводов. Механизм «наваливания» осуществляется частичным всплытием носовой части корпуса при одновременном продвижении вперед под действием упора винтов. «Наваливаясь» на ледовое поле, а/л носовой оконечностью доламывает ледовое поле по созданным трещинам. Однако у прототипа есть существенный недостаток: чем толще ледовое поле, тем больше площадь контакта подводной части корпуса со льдом и тем меньше удельное давление (т/м²) носовой оконечности на ледовое поле, что резко снижает способность а/л разрушать ледовое поле. Это объясняется тем, что расчетное частичное всплытие носовой части корпуса обеспечивает определенное (ограниченное) давление на ледовое поле и при увеличении площади контакта корпуса со льдом удельное давление на лед снижается. Таким образом, известные формы форштевня и носовой оконечности а/л принципиально имеют ограничение по толщине разрушаемого ледового поля, что ограничивает собственную ледопроходимость а/л. На практике непрерывное собственное продвижение существующих а/л ограничивается толщиной ледового поля 1,8-2,0 м, а в толстых ледовых полях (2,5-3,5 м и более) непрерывное продвижение а/л становится невозможным.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения собственной ледопроходимости а/л в толстых ледовых полях Арктики. Основной технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в применении устройства для концентрированного разрушения ледового поля в носовой части корпуса атомного ледокола или в составе его носовой оконечности. В этом случае а/л будет называться арктическим.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в отличии от прототипа заявленное устройство осуществляет первичное концентрированное (сосредоточенное) давление на толстое ледовое поле своей малой площадью при расчетной величине частичного всплытия, что существенно повышает удельное давление (т/м²) и позволяет продавить лед значительно большей толщины. Первичное концентрированное разрушение уменьшает монолитность и сплоченность толстого ледового поля, облегчая его дальнейшее разрушение и продвижение арктического ледокола.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется следующими чертежами.

На фиг.1 приведен вид сбоку расположения устройства для концентрированного разрушения ледового поля перед носовой частью корпуса арктического ледокола и поперечное сечение устройства (А-А).

На фиг.2 показаны проекции заявленного устройства для концентрированного разрушения ледового поля.

На фиг.3 приведен трехмерный вид расположения устройства для концентрированного разрушения ледового поля перед носовой частью корпуса.

На фиг.4 приведено устройство для концентрированного разрушения ледового поля в составе носовых обводов корпуса арктического ледокола и его поперечное сечение (А1-А1).

Устройство для концентрированного разрушения ледового поля расположено перед форштевнем корпуса, имеет подводную часть с подошвой 1, длиной L (фиг.1), равной 5-7 расчетным толщинам толстого ледового поля по уровню снежного покрова PL от точки «С» до точки «D», надводную часть длиной не менее 5 м с подошвой 2, выступающую над поверхностью PL толстого ледового поля на высоту не менее 1 м, переменный угол β₁ наклона подошвы 2 к горизонту от 1 градуса в носовой части, до угла β₂ наклона подошвы 1 в кормовой своей части до 60 градусов.

В предлагаемом решении устройство для концентрированного разрушения ледового поля выполнено в поперечном сечении в форме многоугольника со скругленными углами (фиг.1, А-А), содержащее в нижней подводной части - подошву 1, в надводной части - подошву 2, выполненной плоской или по иной геометрии (например, по окружности с радиусом R), непосредственно осуществляющей концентрированное давление на толстое ледовое поле. Высота Н_подв (фиг.1) подводной части устройства равна одной или более расчетной толщине толстого ледового поля, а общая подводная высота Н_общ устройства равна двойной или более расчетной толщине толстого ледового поля. В кормовой части устройства его диаметральная плоскость (осевая 3, фиг.1, А-А) притыкается к форштевню 4 в диаметральной плоскости (ДП) корпуса.

Ширина В устройства (фиг.1), одинаковая (по высоте и длине), равна одной или более расчетной толщине толстого ледового поля. Устройство имеет вертикальные стенки 5 (фиг.1, фиг.2), прочный продольный и поперечный набор, наружную обшивку. Продольный набор устройства соединяется с продольным набором 6 носовых обводов (фиг.1, фиг.2: а - проекция «Корпус», б - проекция «План»), кормовая часть устройства притыкается к носовым обводам корпуса (фиг.3).

Проекции устройства для концентрированного разрушения ледового поля, приведенные на фиг.3, показывают его объемное расположение перед носовыми обводами корпуса и сочленение вертикального набора устройства с продольным набором 6 корпуса.

В другом частном случае устройство для концентрированного разрушения ледового поля имеет увеличенные по высоте вертикальные стенки и может входить в конструкцию носовой оконечности корпуса (фиг.4). В этом решении первичное концентрированное давление на толстое ледовое поле будет увеличено весом дополнительно удлиненных носовых обводов, расположенных над устройством. При этом вертикальные стенки 5 устройства продлеваются до линии сочленения 7 с наклонными обводами корпуса 8 (фиг.4, А1-А1). Продольный набор 9 устройства соединен с продольным набором 6 (фиг.3, фиг.4) корпуса судна, поперечный набор 10 устройства соединен с поперечным набором 11 дополнительных носовых обводов. Причем удлиненная надводная подошва 12 устройства имеет угол подъема Y до 40 градусов (фиг.4).

Разрушение толстого ледового поля осуществляется в два этапа.

В частном случае предлагаемого технического решения на первом этапе движения а/л под действием расчетной величины частичного всплытия, устройство для концентрированного разрушения ледового поля осуществляет первичное концентрированное давление на толстое ледовое поле носовой частью подошвы устройства. Вертикальное давление от частичного всплытия прикладывается на существенно меньшую площадь подошвы устройства, создающего существенно большее удельное давление на поверхность толстого ледового поля (в отличии от прототипа, у которого эта же величина прикладывается ко всей площади поверхности контакта корпуса со льдом).

При движении вперед осуществляется переменная площадь контакта масс льда по всей длине подошвы устройства от своей носовой части до кормовой. В этом решении в совокупности вертикального давления, и малой площади подошвы устройства, существенно увеличивается удельное давление (т/м²) на поверхность толстого ледового поля. Толстое ледовое поле продавливается с образованием разрушенных льдин, которые в сочетании переменным углом β₁-β₂ по длине рабочей поверхности подошвы оказывают минимальное сопротивление движению ледокола. При первичном разрушении толщины льда устройством в толстом ледовом поле образуется канал, равный длине устройства, разделяющий толстое ледовое поле условно на левую и правую стороны относительно корпуса арктического ледокола. Созданный канал обеспечивает существенное снижение монолитности толстого ледового поля, снижает его сплоченность в рабочей зоне устройства, облегчая дальнейшее продвижение арктического ледокола.

На втором этапе (при движении арктического ледокола вперед) осуществляется расширение канала в толстом ледовом поле. Разрушение правой и левой сторон толстого ледового поля (относительно ДП а/л) осуществляется наклонными обводами носовой оконечности корпуса, при этом требуется меньшее вертикальное давление, т.к. дальнейшее разрушение толстого ледового поля осуществляется по механизму слома краев ледового поля.

В частном случае предлагаемого решения снижается гидравлическое влияние толстого льда, т.к. при первичном продавливании толстого ледового поля устройством выход воды обеспечивается вдоль его обшивки.

В другом техническом решении заявленное устройство может иметь высокие вертикальные стенки, позволяющие эффективно прорезать ледяные нагромождения (торосы), также существенно снижая монолитность и сплоченность неоднородного толстого ледового поля, что повышает собственную ледопроходимость арктического ледокола.

1. Устройство для концентрированного разрушения ледового поля, отличающееся тем, что, с целью повышения ледопроходимости атомного ледокола в ледовых полях большой толщины, устройство расположено перед форштевнем корпуса и имеет подводную длину, равную 5-7 расчетным толщинам толстого ледового поля, контактную подводную высоту, равную одной или более толщине ледового поля, и общую подводную высоту, равную двойной толщине ледового поля.

2. Устройство для концентрированного разрушения ледового поля по п.1, отличающееся тем, что надводная часть устройства имеет угол наклона от 1°, длину не менее 5 м, при этом передняя часть устройства расположена выше уровня снежного покрова толстого ледового поля не менее чем на 1 м.

3. Устройство для концентрированного разрушения ледового поля по п.1, отличающееся тем, что в поперечном сечении устройство выполнено в форме многоугольника с вертикальными стенками, с плоской или иной формой рабочей подошвы устройства, имеющего поперечный и продольный набор, при этом ширина устройства равна одной или более расчетной толщине толстого ледового поля.

4. Устройство для концентрированного разрушения ледового поля по п.1, отличающееся тем, что подошва устройства имеет переменный угол наклона по всей длине от 1° относительно горизонта в носовой части и до 60° в своей кормовой части, причем кормовая часть притыкается к носовым обводам корпуса.

5. Устройство для концентрированного разрушения ледового поля по п.1, отличающееся тем, что, с целью повышения ледопроходимости атомного ледокола в неоднородном толстом ледовом поле, устройство для концентрированного разрушения ледового поля имеет высокие вертикальные стенки, при этом корпус имеет дополнительные удлиненные носовые обводы, расположенные над устройством для концентрированного разрушения ледового поля, вертикальные стенки устройства для концентрированного разрушения ледового поля продлены до сочленения с ними, а удлиненная часть надводной подошвы устройства имеет угол подъема до 40°.